本帖最后由 aahph 于 2024-7-20 17:05 编辑
各位前辈老师，目前我需要弄一个连续变倍镜头，下面是我的优化过程和一些疑问，请各位不吝赐教。
镜头规格如下：
| 放大倍率 | 0.7~4.5× | | 像元大小 | 3.75μm | | 分辨率 | 1920×1080 | | 传感器尺寸 | 1/2” | | 物距 | 90mm | | 波长 | 可见光 | | 接口 | 按C接口 |
该镜头只有物距、像高是确定的。焦距变化范围，F数都没有给出。
问题1：变焦镜头和变倍镜头之间是否有联系呢？常见变焦镜头物距为无穷远。短焦对应物方大视场，而变倍镜头的物距固定，低倍率也是对应物方大视场。反之，长焦和高倍对应小视场。能否理解为短焦就是低倍率，长焦就是大倍率呢？
但在尝试优化后发现变倍镜头的放大倍率和焦距之间似乎没有上述的对应关系。
问题2：设计变倍镜头时，能否能以变焦镜头的专利为起点呢？是否会因为前者物距有限远且固定，后者物距无限远而导致优化的起点不好呢？
1.给到的初始结构如图1，注意：初始结构对口径进行了约束。光阑位置不确定，暂时定在中间。
问题3：在光阑位置未知的情况下，如何去确定光阑在哪呢？
图1 问题4：图2是L9的图纸，左上角的D01和D02是否对应zemax中透镜第一、二面的机械直径？图中透镜口径7是否对应zemax中的净口径呢？
图2
初始结构如图3所示：
图3
2. 由于镜片存在口径限制，要想让光线全部通过，F数只能设得很大。但是探测器像元大小为3.75μm，则对应的奈奎斯特频率为133lp/mm，至少要让@133lp/mm>0.3。而F数设置得太大的话，系统传递函数的衍射极限又满足不了@133lp/mm>0.3。只有降低F数并设置渐晕才能满足上述条件。但根据论坛里的优化经验，前期不太适合加渐晕。
3.综上所述，先将透镜口径的约束放开，最后再考虑口径的问题。
4.将初始结构优化成F/#=6，由于镜片厚度是弱变量，故暂时不设为变量。 问题5：什么时候应该将镜片厚度也设为变量优化呢？为了提高优化效率，应该如何在众多镜片厚度中选择出最应该进行优化的厚度变量呢？
5.仅将曲率半径和空气间隔设为变量。先优化成放大倍率为0.7×的状态。已知像高和放大倍率，故将视场设为物高。评价函数使用波前+RMS+质心，此外加上对放大倍率和厚度的约束。
6.优化结果如下，MTF满足要求。 问题6：是否存在镜片使用过多的问题？ 图4 图5
图6
7.查看镜片光焦度，发现有两片镜子光焦度较小。 7.a)此处尝试过将光焦度小的两片镜删去，但是删掉后再优化得到的像质下降，因此后面优化时没有删掉这两片镜子。
图7
8. 0.7倍时像质满足要求，故没有进行锤形优化，后续将上图中的三个间隔设为变焦时变化的空气间隔。 问题7：此处我把光阑前后两部分的空气间隔都设为变量，这个做法是否正确呢？
图8
9.初步优化结果如下，为了让不同倍率下的镜片口径接近，对不同倍率优化时手动修改了不同倍率下的F/#。F/#增加后，相对应的MTF衍射极限就下降，无法满足@133lp/mm>0.3。且此处第一移动组的变焦曲线也并不是单向的。
图9
图10
问题8： 要同时满足开头提到的镜片口径要求以及@133lp/mm>0.3，是否只能用较小的F/#和加渐晕呢？ 问题9：对于变焦/变倍镜头，又分为F数固定和F数可变两种情况，如何确定优化的对象属于哪一种情况呢？ 问题9.a) 李恒老师对此的总结是：
问题9.b) 对于本文中的例子，如果要做成F数固定，那么光阑是否只能在下图所示的位置？ 图11
问题9.c)如果是F数可变的情况，又如何去确定不同倍率下的F数呢？
10. 然后是关于渐晕的问题，增加渐晕的时候是需要像图1一样先固定所有口径再添加渐晕，还是说只需要在口径最小的镜片处固定口径并添加渐晕即可？
问题10：增加渐晕后，对系统优化。透镜的边缘又会有部分光线无法通过。在这种情况下是重新设置渐晕就行了吗？重新设置渐晕后还需要重新优化吗？若需要重新优化，是否会陷入加渐晕→优化的死循环？ 问题11:设置渐晕后，通常比较关注相对照度，有时会发生以下情况：A倍率的边缘照度只有0.3，而B倍率的边缘照度有0.7。但是观察图像模拟的时候，A倍率的亮度比较均匀，而B倍率四周明显出现暗角，这是为什么呢？
本帖最后由 Decade 于 2024-7-20 21:47 编辑
无限远的一般叫变焦，有限远是变倍，这种一般都看NA，保证不同倍率下的stop大小差不多就行，光阑跟随变倍或者补偿组移动，0745是比较常规的倍率范围，有很多论文里面都给了参数结构，一般来说前固定，变倍补偿，后固定都用一组双胶合即可。这种镜头一般优化的时候是不给渐晕的，相对照度都要基本达到90%以上，几乎是百分百，如果要做出光阑固定，可以尝试，一般来说是放在中间，而且需要增加一组固定的镜片。
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发表于 2024-7-20 17:05
